海洋工程项目施工资源计划优化方法研究

宋青武，高本金，马红旗，王圣强，李记忠，王凯华

海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

在工程项目建设过程中，资源作为工程实施的基本要素和必不可少的前提条件，其费用占工程总费用的80%以上[1]。工程项目所使用的资源种类繁多、需求量巨大，包括劳动力、原材料和设备、施工机具、技术、资金、临时设施、周转性材料和必要的后勤供应等。资源投入数量的多少直接决定了项目的工期和成本，资源的质量和水平直接决定了工程质量和安全系数，因此必须将资源管理纳入到项目管理的重点，作为项目计划编制、进度控制、成本控制以及制定项目实施方案、质量安全保证的基础和依据。在工程项目实施过程中，应持续对资源投入进行优化，以确保项目按既定目标实施。

1 海洋工程施工资源管理

项目资源管理是在保证满足工程质量、工期等合同要求的前提下，通过计划、组织、控制和协调等活动对项目实施过程中所使用的资源进行统筹安排，以实现预定的工期和成本目标，并尽可能降低成本的一种科学的管理活动。通过技术方案优化、经济核算、合理调配以及科学组织施工管理等措施实现资源管理目标。

1.1 资源类型

由于海洋工程的特殊性，其施工资源除一般类型资源外，往往还包括建造场地资源、船舶资源等。海洋工程设施包括导管架、组块、生活楼等，往往是在陆地专门场地建造完成后，由驳船运输至海上进行安装作业。不同的建造场地其场地面积、承载力、滑道数量、场地设施（如吊机等）能力以及所处的环境条件均不相同。海洋工程涉及的船舶资源按照其功能划分一般包括起重船、驳船、铺管船、DSV、配合拖轮等，且不同功能船舶其性能有很大差异，如起重船有3 000 t级、4 000 t级、7 500 t级，目前世界最大起重船可以达到12 000 t级。不同类型的项目、项目的不同阶段所需要的资源差别很大，应根据具体项目的特点和类型，综合考虑资源对各方面影响，选择适合的资源。

以1 500 t级海洋平台组块海上吊装为例，可选择的浮吊资源较多，但不同的浮吊资源其起重能力、抗风性能、航行速度、成本等差异较大，如果只考虑成本选择起重能力较差的浮吊，则会增加海上因天气因素待机的可能性，同时起吊过程能否顺利完成也存在较大的风险，对于施工质量和安全的保证性较差；如果选择起重能力很强的浮吊，施工进度、质量和安全均能得到保障，但成本会相应增加。因此，对于资源的选择要综合考虑进度、成本、质量、安全四个方面的影响，以选择适合的资源类型和数量。

1.2 资源计划动态管理

对于工程项目来说，资源的需求和管理可以是单个项目的，也可以是多个项目或项目群之间的资源协调和平衡。

对于单个项目的资源需求计划相对简单，只需要项目管理团队站在本项目的角度进行资源规划即可，但由于工程项目生产过程的不确定性，使得资源在各个阶段的需求和供应不均衡，资源的供应受外界影响大，需要动态地对资源计划进行优化与控制。

对于多项目或项目群的资源管理，则需要施工企业对口的资源管理部门根据各个工程项目对资源的需求情况（如人力、施工机具等），在各项目之间对已有的和潜在的资源进行周密计划，有效流动，合理调配，充分调动资源的流动性，使资源使用率最大化。如某海洋工程建造场地，可能数个项目同期施工，如何在这些项目之间实现资源平衡是资源管理部门的重点工作。对于某起重船的使用，如果其紧前项目（海上安装计划）由于天气原因导致延迟，则相应的后续项目海上安装工作也要推迟，或改用其他浮吊资源，这种调整需要专门的部门进行协调与平衡。

1.3 资源与四大控制的关系

资源的管理与控制对于工程项目能否按时甚至提前完工、成本的节约与否、安全和质量管理十分关键。资源不足则项目工期无法保证，资源的质量、技术标准直接决定工程质量，资源投入的多少直接决定项目成本。对于某项作业来说，在满足工作面的前提下，投入的资源越多，所需工期越短，但过量的资源投入又会造成资源的浪费和成本的增加，同时投入大量的施工人力也会对现场安全管理带来压力并需要配备更多的安全管理人员和设备，增加安全管理成本且不利于施工安全管控。同样，资源投入的质量往往也是项目质量保证的关键因素，如技术娴熟的焊工焊接质量和焊接一次合格率明显优于技术一般的焊工，各项作业、各个工序质量合格率的积累将直接影响整个项目的质量。

1.4 资源管理的复杂性

在使用计算机软件编制资源计划时，往往采用将资源投入总量在工程活动持续时间上平均分配的模型，没有考虑在实际工程施工过程中资源投入的不均衡性，根据理想化的模型得到的资源投入直方图不能反映实际的资源需求情况，资源计划仅仅是停留在纸面，难以真正应用到实际项目中。而资源投入的不均衡恰恰是资源管理的重点和难点，由于其存在不确定性，往往难以用某一种资源分配模型真实反映。

建设项目的资源管理是一系列系统的、复杂的、动态的活动[2]。在项目实施过程中，随着项目进展，需要根据项目实际情况及前期投入的资源进行数据分析，包括资源效率和效果，动态调整资源安排。

2 工期-资源优化方法

资源费用往往在工程项目造价中占比很大，资源的合理组合、供应和使用对于工程项目的经济效益、进度控制等各个方面都有很大的影响。在工程施工过程中资源的投入种类、数量、使用方案、投入时间等有许多种选择，应选择最优组合，在确保工期、质量、安全的前提下实现效益最大化。

资源的优化平衡一般仅针对项目优先级高的几项关键资源，如影响项目完工时间、费用或对安全质量有重要影响的资源等，其占比较高。工程项目资源优化包括：“工期固定-资源平衡和资源有限-工期最短”两种模式，即高峰期资源投入量与总资源投入量。“工期固定-资源平衡”是在保证原定工期的前提下，通过合理安排，使资源的分布、使用大致均衡连续，不大起大落。“资源有限-工期最短”是在某种资源有限供应的前提下，通过合理分配资源，确保项目按计划完工并尽可能缩短工期。

2.1 工期固定-资源平衡

在工期不变的前提下，通过利用非关键工作的浮时，调整工作的开始和结束时间，使资源分配在工期范围内尽可能均衡。这种资源优化的方法运用了香蕉曲线（见图1）原理，在最早进度曲线和最晚进度曲线之间对资源计划进行优化，计划完成日期不变。通过对高峰期人力、设备投入情况进行分析，在满足关键路径资源投入的前提下，可以对某些非关键作业投入数量进行调整，通过资源平衡，使得资源投入计划更贴近实际[3]。

经济全球化的背景下，发展绿色金融是顺应国际金融市场发展趋势、推动世界各国经济可持续发展的重要要求。绿色金融最突出的特点就是，它更强调人类社会的生存环境利益，它将对环境保护和对资源的有效利用程度作为计量其活动成效的标准之一，通过自身活动引导各经济主体注重自然生态平衡。它讲求金融活动与环境保护、生态平衡的协调发展，最终实现经济社会的可持续发展。

图1 香蕉曲线

对于大型工程项目来说，由于作业项数以千计，资源平衡往往使用软件自动完成，如使用Primavera P6完成计划编制后，通过设置某项资源最大单位时间用量，即可使用资源平衡功能对计划中所使用的该资源进行自动调整（见图2）。Primavera P6在海洋工程项目计划编制中应用广泛，可以实现多项目、多层次的动态计划管理，并且将费用、资源管理融入其中[4]。

图2 Primavera P6资源平衡

2.2 资源有限-工期最短

在某项资源单位时间供应有限制的情况下，寻求项目的最短工期，涉及的主要方法为关键路径法。首先，确定WBS和作业划分，根据作业持续时间估算、逻辑关系，绘制项目进度网络图，然后计算关键路径，在确定关键路径后再考虑资源的可用性，制订出资源约束型进度计划。

关键工作优先满足，按其资源需求量大小按从大到小的顺序分配资源，这样可以最快速度缩短关键作业的工期，继而缩短关键路径和项目总工期；对于非关键工作，按各个作业总浮时由小到大顺序安排资源。通过资源调配后，项目的关键路径将发生变化，需要重新计算关键路径，并按照上述原则再次进行资源调配，直至资源达到限制要求，此时资源优化完成，项目工期得到最大程度的压缩。该方法必须反复计算网络时间参数，重复量大且繁琐[5]。

3 工程实例

某海洋工程项目，为了使已有老平台DPP能满足钻机升级改造的要求，新建1座4腿导管架辅助平台SDPP，通过一座长30 m双层栈桥与DPP平台相连，钻机模块建造完工后在陆地分块吊装至组块上层甲板，整体装船运输及海上安装，整体质量约2 500 t。组块甲板共计两层，其结构示意如图3所示。

图3 组块结构示意

针对组块总装工作，根据组块结构预制和总装的一般步骤，相关的作业划分、逻辑关系、预估工期以及结构人力投入如表1所示。考虑到本实例仅对组块施工结构人力进行优化，对计划模型进行了简化，未考虑其他专业工作的计划和资源，如甲板片喷涂、管线安装等。

表1 组块结构总装作业项划分

根据施工工序和逻辑关系，建立双代号时标网络计划，如图4所示。

根据时标网络计划可直观得到该组块结构总装计划关键路径为C→F→H→I→J，期望工期为16周，组块结构总装人力投入直方图如图5所示，计划总计投入5 950人工日，平均每周人力资源使用量为372人，高峰期人力投入为90人/天。从图中可以看出该计划人力分布极其不均衡，前9周人力投入过高，后7周人力投入偏低。

资源均衡是在编制网络计划之后进行的，在保持完工时间不变的前提下，对资源分布进行优化，通过非关键路径上的非关键作业，在时差范围内按工序的逻辑关系逆序进行调整。资源优化步骤和原则如下：

图4 组块结构总装时标网络计划

图5 资源优化前组块结构总装人力投入直方图

（1）根据各项作业的最早开始时间编制时标网络计划，并计算每个周期内的资源用量。

（2）从网络计划的终点节点开始，按作业完成节点编号值从大到小的顺序依次进行调整。当某一节点同时作为多项作业的完成节点时，应先调整开始时间较晚的作业。某项作业能够右移（即推迟）须同时满足两个条件：工作具有足够的机动时间即总浮时，右移不会影响总体工期；该作业下一周期所对应的资源用量与该作业的资源用量之和不超过该作业开始时间所对应的资源用量。

（3）当所有作业均按上述顺序自右向左调整之后，为使资源更加均衡，可再按上述步骤自右向左进行若干次调整，直至所有作业不能右移为止。

在总时差范围内对该组块总装计划非关键作业逐周调整时间安排，得到优化后组块结构总装时标网络计划和人力直方图，如图6和图7所示。从图中可以看出，经过优化后的各周人力投入已明显趋于均衡，高峰期人力投入为75人/天。

图6 资源优化后组块结构总装时标网络计划

图7 资源优化后组块结构总装人力直方图

4 结束语

如何在有限的资源投入下尽可能缩短工期或尽可能降低高峰期资源投入是资源管理的重点。如果某项资源的需求量超过了资源的可供应量，且该资源属于关键资源，那么就应当采取相应的措施以减少资源的需求，如通过技术方案优化、投入高效率资源替代等。本文通过工程实例实践介绍了海洋工程资源优化的方法，对项目资源管理工作具有一定的借鉴意义。

在海洋工程项目计划编制过程中，应提前规划项目实施周期所需资源投入计划，如人力投入直方图、机械台班投入直方图、船舶使用横道图等，作为计划体系文件的重要组成部分。对于资源评估应适当考虑一定的余量，以应对项目实际实施过程中可能出现的各种不确定因素影响，如工程项目施工经常会受到天气因素的制约，造成资源待机，在这种情况下，应及时分析对关键路径的影响，对关键作业增加备用资源以避免影响项目完工节点。

海洋工程由于其建造场地的特殊性，往往多个项目同时在同一场地建造施工，因此在后续资源管理方法研究中，应着重考虑多项目并行情况下的资源管理方法，引入相应的资源管理软件，高质高效进行资源管理工作。